电磁辐射知多少 中国计量院电磁环境专家带你认识身边的电磁场

我们所生活的世界里,电磁辐射无处不在。自然界的太阳光、闪电、宇宙射线等,都是天然存在的电磁波,我们已经在一定程度上?#35270;?#20102;这类辐射;而人类以电磁技术为基础的许多创造发明,也会向空间辐射电磁能量,比如手机和手机基站、微波炉、电脑、电视机等等。

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我们身边的电磁辐射

那么,这些电磁辐射会对健康造成影响吗?网络上“手机辐射能炸爆米花”“WIFI辐射使种子?#29615;?#33469;”“手机基站辐射致癌、白血病、记忆力下降”等传言是真的吗?

在判断这些传言真假前,让我们首先了解一下什么是电磁辐射,它的“大小”或“剂量”是如何衡量的。

什么是电磁辐射

电磁辐射是指电磁能量以电磁波或光量?#26377;?#24335;发射到空间的现象。可以说只要有电、有光,就有电磁辐射。

电磁辐射根据频率的不同,可以分成低频电磁波、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。电磁辐射的频率越高,其能量也就越大,穿透力越强。如图所示,比远紫外线频率更高(波长小于300nm)的电磁辐射,能量足以破坏化学键,使分子发生“电离”——这类电磁辐射又称“电离辐射”。

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电磁波谱图

而我们通常所说的“电磁辐射”指的都是频率不足以破坏分子间化学键的“非电离辐射”。例如,高压线、变电站以及一般的家用电器产生的低频电磁波;手机和手机基站、WIFI路由器、微波炉等工作在几百M到几个GHz的“微波”频率范围的仪器设备产生的高频电磁波,都属于“电磁辐射”。

那么如何衡量电磁辐射的“大小”或者“剂量”呢?我们一般用电磁辐射的电场强度(单位为伏/米,V/m)来衡量。对于低频电磁辐射,我们还需要考虑其磁场强度(单位为特斯拉,T),微波、射频等高频电磁辐射还要用功率密度(单位为W/m2)来衡量;为了探究电磁波对人体的作用,我们还使用比吸收率(SAR,单位为瓦/千克,W/kg)来衡量一些接近人体使用的电磁设备的辐射的作用。

图中是一些常见的电磁辐射分析仪,可测量空间某位置不同方向的电场强度、磁感应强度和功率密度大小。这些仪器测量量值是否准确,则是由计量工作来保障的。

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常见的电磁辐射分析仪

电磁辐射对人体有害吗?

随着人们环境意识、安全意识的不断提高,电磁辐射是否对人体有害不仅是人们热议的话题,更是科学研究的热点。根据目前的研究结果,电磁辐射影响人体的机理主要热效应、非热效应和累积效应三种。

其中,比较明确的是电磁辐射的热效应——人体是一个导体,在受到电磁波辐射后会产生电流,引起人体发热。微波炉加热食物也是利用了微波的热效应。但是,微波炉的输出功率大概在600~1000W,其产生的微波又完全被限制在一个由金属壳构成的密闭的环境内,功率密度大、热效率高。与之相比,手机的在接打电话时的功?#24335;?#26377;2W左右,且辐射的电磁波是朝空间各个方向的(在接打电话的过程中,信号不会因为转身而消失),即使紧贴人体,引起的发热量也非常小。

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微波炉和手机辐射电磁能量对比图

可以说,脱离“剂量”谈辐射是在“耍流氓”。手机电磁辐射的“剂量”?#27604;?#19981;可能像微波炉那样使玉米粒变成爆米花。

中国计量院能源环境所在电磁辐射对人体影响方面?#37096;?#23637;了相应的研究。实验装置如图所示,可以模拟?#36865;?#37096;在受到手机辐射后吸收电磁波,并测量人体吸收的电磁波能量。

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中国计量院模拟实验装置

实验结果显示,不同型号的手机或者无线设备使用?#27604;?#20307;吸收的电磁波能量不同,吸收的电磁波能量大小与无线设备的天线位置、使用习惯、和人体距离等密切相关。国家标?#23478;?#27714;制造商在产品说明书里面标示该手机的SAR最大值,因此消费者可以在说明书里面关注?#32422;?#36141;买的手机的电磁辐射情况。

需要说明的是,我们使用手机的时候,手机不一定会处于“最大发射功?#30465;?#24773;况下,因此接受的辐射会比标示的SAR最大值小。

一般情况下,当手机信号“不满格”——即接收到基站的信号比?#20808;跏保?#25163;机通话时的发射功率会较信号满格时大。这种情况是由于手机距离基站比较远,或手机处于地铁车厢或电梯等屏蔽空间内造成的,我们只要尽量避免在此时接打手机或使用耳机就可以了。

除明确的热效应以外,电磁辐射还有非热效应和累积效应,但这些都是在极端情况下才会出现的,比如?#27604;?#20307;触电,或长时间接触能量密度很高的电磁波?#20445;?#32908;肉或神经会受到一定刺激。但是到目前为止,还没有明确的证据表明,电磁辐射会使人“?#21450;薄盎及?#34880;病”或“记忆衰退”等。

目前,根据世界卫生组织(WHO)国际癌症研究机构(IARC)对致癌类物质的划分,射频电磁波辐射和低频磁场属于2B类物质,低频电场属于3类物?#30465;?#36825;是什么概念呢?

IARC将人类常接触的物质分为1、2、3、4四类,其中1类物质,是指对人类确定致癌的物?#30465;?#39321;烟、酒、太阳光、槟榔、中式咸鱼、空气污染等等都被列为1类致癌物;2A类物?#35782;?#20154;类致癌性证据有限,但对试验动物致癌性证据充分;2B类致癌物?#35782;?#20154;类致癌证据有限,对试验动物致癌证据不充分,或对人类致癌性证据不足,对试验动物致癌性证据充分;3类为对人类致癌性可疑,但尚无充分的人体或动物数据;4类则对人类很可能不致癌。

如此看来,被列入2B类和3类的电磁辐射是不是就没那么可怕了呢?

?#27604;唬?#33073;离“剂量”说电磁辐射安全无害也是在“耍流氓”——这和辐射的功?#30465;?#39057;?#30465;?#19982;辐射源的距离、受辐射时间等有关——微波炉、电磁炉?#20219;?#27491;常使用或密封?#21592;?#24046;等导致的漏磁,辐射危害就不容小觑。

那么,我们怎么保证生活中遇到的电磁辐射剂量是安全的呢?

如何防护电磁辐射?

?#29615;?#38754;,国际非电离辐射保护委员会(ICNIRP)、国际电工委员会(IEC)等国?#39318;?#32455;通过收集电磁辐射相关研究,制定了电磁辐射的相关标准,可以保障相关电子设备在使用过程中对人体安全。许多国家也出台了相关法律法规和技术标准。

比如我国的《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)就参考ICNIRP和IEC的相关标准,规定了大家身边1Hz~300GHz范围内电磁场的“大小”安全限值以及评价方法等,如移动基站等设备的电磁环境须控制在12V/m以内,并由我国的环保部门相关机构进行严格的监测和管理等等。同样,我国《移动电话电磁辐射局部暴露标准》(GB21288-2007)规定移动电话的电磁辐射比吸收?#25163;擔⊿AR值)要低于2W/kg。

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位于建筑物顶端的手机基站

需要注意的是,这些标准中的“安全限值”是根据相关试验等得到电磁辐射可能会危害健康的“临界值?#20445;?#24182;以此除以5~10等方式来确定的。但并不是说只要超过了安全限值就一定会对健康造成危险。总之,如果我们正确使用正规厂家生产的合格的电子设备或家用电器,健?#21040;?#19981;会受到负面影响,大可放心。

另?#29615;?#38754;,电磁辐射具有一些共性特征,我们?#37096;?#20197;根据这些特征来主动防护它。其一,电磁辐射的能量会随距离的增加大幅衰减——因此我们只要和电磁辐射源保持一定距离就可以了。譬如,当接通中的手机紧贴耳朵?#20445;?#25163;机对人体电磁辐射的SAR值约为2W/kg?#22351;?#25105;们如果使用耳机,身体离手机距离30cm以上,对人体辐射的SAR值就会下降为原来的几十?#31181;?#19968;,可忽略不计。手机基站也是如?#32781;?#20854;向外发射信号是沿着天线的法线方向扇形传播的,距离越远,受到的电磁辐射越小——只要我们不要并排站在天线周围,并与之保持5m以上距离,辐射剂量一般就不会超过安全限值。

其二,?#25215;?#30005;磁辐射比较容易被屏蔽。我们所住的建筑物中的钢筋,可以帮我们屏蔽掉距离建筑物5米左右高压线的低频电磁辐射。遮阳伞也能帮我们挡住大部分的可见光、紫外线等电磁辐射。

结语

许多时候,人们对事物产生?#24535;?#25110;疑虑,是因为理解不够深入。如果我们能够以开放的心态从多方面去了解事物,不简单盲从主观印象或他人(包括媒体)评价——例如尽量阅读研究的原文而不是基于研究的报道,思考研究结论的得出是否基于完备、严谨的实验过程和可重复的实验结果等等,就能建立科学的思维方式,更好辨别吸睛标题下究竟是“真知”还是“伪科学”了。(文:陈?#24049;?沈庆飞)